“مع انخفاض سعر أجهزة القراءة والعلامات واتساع السوق العالمية ، يتزايد تطبيق تحديد الترددات الراديوية RFID (المشار إليه فيما يلي باسم RFID) يومًا بعد يوم. يمكن تشغيل العلامات إما عن طريق القارئ (العلامات السلبية) أو من خلال مصدر الطاقة الموجود على اللوحة (العلامات شبه النشطة والعلامات النشطة). يتزايد المخزون والتطبيقات الأخرى بسرعة بسبب انخفاض تكلفة علامات CMOS السلبية شبه الميكرون.
“
مع انخفاض سعر أجهزة القراءة والعلامات واتساع السوق العالمية ، يتزايد تطبيق تحديد الترددات الراديوية RFID (المشار إليه فيما يلي باسم RFID) يومًا بعد يوم. يمكن تشغيل العلامات إما عن طريق القارئ (العلامات السلبية) أو من خلال مصدر الطاقة الموجود على اللوحة (العلامات شبه النشطة والعلامات النشطة). يتزايد المخزون والتطبيقات الأخرى بسرعة بسبب انخفاض تكلفة علامات CMOS السلبية شبه الميكرون. تشير بعض التقديرات إلى أنه مع استمرار انخفاض سعر العلامات السلبية ، سيحتوي كل منتج يتم بيعه تقريبًا على علامة RFID بداخله. نظرًا لأهمية علامات RFID السلبية وتحدياتها الهندسية الفريدة ، ستركز هذه الورقة على أنظمة العلامات السلبية.
عند تلقي إشارة CW من القارئ ، تقوم العلامة السلبية بتصحيح طاقة التردد اللاسلكي (المشار إليها فيما يلي باسم RF) لتوليد جزء صغير من الطاقة المطلوبة للحفاظ على عمل العلامة ، ثم تغيير خصائص امتصاص الهوائي الخاص بها إلى عدّل الإشارة ومررها ، وينعكس التشتت الخلفي على القارئ[انظر الشكل 1]. تستخدم أنظمة RFID عادةً تقنيات تعديل ومخططات تشفير بسيطة. ومع ذلك ، فإن تقنيات التشكيل البسيطة غير فعالة من الناحية الطيفية وتتطلب المزيد من عرض نطاق التردد الراديوي لمعدل بيانات معين. قبل التعديل ، يجب تشفير البيانات لتشكيل دفق مستمر من المعلومات. هناك العديد من أنواع مخططات تشفير البتات المتاحة ، ولكل منها مزاياها الفريدة في الأداء الطيفي للنطاق الأساسي ، وتعقيد التشفير وفك التشفير ، وصعوبة كتابة البيانات في الذاكرة على مدار الساعة. العلامات السلبية لها متطلبات فريدة في مخطط التشفير المستخدم نظرًا لصعوبة تحقيق الدقة الفعلية المطلوبة لمصادر التوقيت على العلامة ، فضلاً عن تحدي متطلبات النطاق الترددي وتعظيم نقل طاقة التردد اللاسلكي لتشغيل العلامة. أخيرًا ، هناك حاجة إلى نوع من بروتوكول مكافحة التصادم حتى يتمكن القارئ من قراءة جميع العلامات الموجودة في تغطيته.
نظرة عامة على اختبار RFID
يجب على كل نظام اتصالات RFID اجتياز المتطلبات التنظيمية والامتثال للمعايير المستخدمة. اليوم ، ومع ذلك ، فإن تحسين النظام يفصل بين الفائزين والخاسرين في هذه الصناعة سريعة النمو. تناقش هذه المقالة تحديات الاختبار التي يواجهها مصممو أنظمة اتصالات RFID: الاختبار التنظيمي ، والامتثال للمعايير ، والتحسين.
تقدم تقنية RFID العديد من تحديات الاختبار الهندسي غير العادية ، مثل الإشارات العابرة وتقنيات التعديل غير الفعالة لعرض النطاق الترددي والبيانات المتناثرة المرتدة. تم استخدام محللات الطيف المضبوطة التقليدية ، وأجهزة تحليل إشارات النواقل ، وأجهزة الذبذبات في تطوير روابط البيانات اللاسلكية. ومع ذلك ، فإن هذه الأدوات لها بعض العيوب عند استخدامها لاختبار RFID. تواجه أجهزة تحليل الطيف المضبوطة صعوبة في التقاط وتوصيف إشارات التردد الراديوي العابرة بدقة. لا يدعم محللو إشارة المتجهات في الواقع تقنيات تعديل RFID غير الفعالة طيفيًا ومتطلبات فك التشفير الخاصة. تحتوي راسمات الذبذبات السريعة على نطاق ديناميكي صغير للقياس ولا تتمتع بإمكانيات تعديل وفك تشفير. يتغلب محلل الطيف في الوقت الحقيقي RTSA (المشار إليه فيما يلي باسم RTSA) على قيود أدوات الاختبار التقليدية هذه ويتم تحسينه للإشارات اللحظية.يمكن أن تؤدي مشغلات قناع التردد الخاصة بـ Tektronix بشكل موثوق إلى أحداث طيف محددة في بيئات الطيف الحقيقي المعقدة.
الشكل 1: تعمل العلامات السلبية على تصحيح طاقة الترددات الراديوية الترددية وتعديل الإشارة ، والتي تتناثر بعد ذلك وتنعكس على القارئ.
الاختبار التنظيمي
يجب أن يلتزم كل مصنع للمعدات الإلكترونية بالمعايير التنظيمية حيث يتم بيع الجهاز أو استخدامه. تجري مراجعة اللوائح في العديد من البلدان لمواكبة الخصائص الفريدة لوصلة البيانات لعلامات RFID السلبية. تحظر معظم الهيئات التنظيمية انبعاثات الأسلحة الكيميائية من المعدات باستثناء الاختبارات قصيرة المدى. تتطلب العلامات الخاملة من القارئ إرسال إشارة CW لتشغيل العلامة والتشتت الخلفي من أجل التعديل. حتى العلامات المنفعلة التي لا تحتوي على جهاز إرسال نموذجي لا يزال بإمكانها إرسال إشارة معدلة. ومع ذلك ، فإن العديد من اللوائح لا تتناول التشكيل القائم على الإرسال. لا يتم تضمين اختبارات الانبعاث الطيفي المختلفة بشكل صريح في معيار RFID الخاص بالقارئ ، ولكنها إلزامية.
تتطلب اللوائح الحكومية التحكم في الطاقة والتردد وعرض النطاق الترددي للإشارات المرسلة. تمنع هذه الأحكام التداخل الضار وتضمن أن يكون كل مرسل جارًا ودودًا للمستخدمين الآخرين في نطاق التردد. يعد إجراء مثل هذه القياسات تحديًا للعديد من محللي الطيف ، وخاصة محللات الطيف المجتذب ، والتي تُستخدم عادةً لقياسات طاقة الإشارة النبضية. يمكن لـ RTSA تحليل خصائص الطاقة لعملية إرسال رزم كاملة ، ويمكنه أيضًا قياس تردد الموجة الحاملة لإشارة قفز التردد دون وضع الإشارة في مركز فترة. بضغطة زر ، يحدد المحلل تعديل إشارة RFID العابرة ويمكّن القياسات الإشرافية للطاقة والتردد وعرض النطاق الترددي ، مما يجعل عملية اختبار الامتثال المسبق مرنة ومريحة للغاية[انظر الشكل 2]. يساعد اختبار الامتثال المسبق على ضمان اجتياز المنتجات لاختبار الامتثال في المرة الأولى دون إعادة التصميم وإعادة الاختبار.
الشكل 2: عملية اختبار الامتثال المسبق
المطابقة القياسية
يتطلب التفاعل الموثوق بين القارئ والعلامة الامتثال لمعايير الصناعة مثل مواصفات ISO 18000-6 Type C. يضيف هذا المطلب العديد من الاختبارات التي تتجاوز المتطلبات الأساسية لتلبية متطلبات انبعاث الطيف الحكومية. يعد اختبار التوافق مع التردد اللاسلكي أمرًا بالغ الأهمية للمساعدة في ضمان إمكانية التشغيل البيني الموثوق به بين العلامات والقراء.
يمكن للقياسات المبرمجة مسبقًا أن تقلل من وقت الاستقرار المطلوب لإجراء هذه الاختبارات. على سبيل المثال ، القياس المهم لـ ISO18000-6 Type C هو وقت التشغيل ووقت الإيقاف. يجب أن يكون وقت ارتفاع طاقة الناقل سريعًا بما يكفي للتأكد من أن العلامة تجمع طاقة كافية لتعمل بشكل صحيح. يجب أن تصل الإشارة أيضًا إلى حالة ثابتة بسرعة.في نهاية الإرسال ، يجب أن يكون وقت انخفاض طاقة الناقل سريعًا بما يكفي لمنع التداخل مع عمليات الإرسال الأخرى
الشكل 3: في نهاية الإرسال ، يجب أن يكون وقت انخفاض طاقة الموجة الحاملة سريعًا بما يكفي لمنع التداخل من عمليات الإرسال الأخرى.
تستخدم بعض أجهزة RFID آليات اتصال مخصصة محسّنة لتطبيقات معينة. في هذه الحالة ، يحتاج المهندسون إلى محلل يمكنه توفير مخططات تعديل وتشفير متعددة يمكن برمجتها وفقًا للتنسيق المحدد المستخدم.
تهيئة
بمجرد استيفاء المواصفات الأساسية ، من المهم تحسين أداء منتجات RFID لاكتساب ميزة تنافسية في مساحة سوق معينة. تتضمن مقاييس الأداء سرعة قراءة العلامات ، والقدرة على العمل في بيئة متعددة القارئ ، ومسافة العلامة إلى القارئ. في تطبيقات المستهلك ، تؤثر سرعة الاتصال بين العلامة والقارئ بشكل مباشر على رضا المستخدم. على سبيل المثال ، استخدام RFID في صناعة النقل العام ، تم تقليل وقت القراءة من 5 ثوانٍ إلى أقل من نصف ثانية قبل أن يتم التعرف عليه على نطاق واسع. في التطبيقات الصناعية ، تعني السرعة الإنتاجية: فكلما زادت الإنتاجية ، زادت كفاءة استخدام رأس المال والموارد البشرية. نظرًا لأن العلامات السلبية تحصل على الطاقة التي يحتاجون إليها لتعمل بشكل صحيح من قارئ RFID ، يمكن لقراء متعددين أن يتسببوا في محاولة العلامة للاستجابة لكل قارئ يستجوبها. في حالة تعدد القارئ ، يلزم وجود نوع من بروتوكول مكافحة التصادم لتحسين إنتاجية النظام. في النهاية ، لتعظيم نطاق قراءة العلامة ، يجب تقليل متطلبات ناقل الضوضاء إلى الحد الأدنى ، ولكن قد يكون هذا غير متوافق مع الحاجة إلى منع نفاد الطاقة عن طريق تقليل وقت عدم نشاط الناقل. تمثل مقاييس التحسين هذه تحديات للمهندسين ومعدات القياس.
لنلقِ نظرة على مثال ملموس – تحسين سرعة الاتصال ، والمعروف أيضًا باسم وقت التمديد TAT (يشار إليه فيما بعد باسم TAT). يمكن أن تؤدي طاقة التردد اللاسلكي المتاحة ، وتلاشي المسار ، ومعدلات الرموز المتغيرة إلى زيادة وقت استجابة العلامة لاستفسارات القارئ. كلما كانت الاستجابة أبطأ ، كلما طالت مدة قراءة العلامات المتعددة. يعد القياس السريع لـ TAT ضروريًا لتحسين سرعة نظام RFID.
الشكل 4: يمكن قياس TAT بسهولة باستخدام RTSA.
يمكن قياس TAT بسهولة باستخدام RTSA[انظر الشكل 4]. أولاً ، يجب تثبيت مشغل قالب التردد للحصول على الاستعلام بالكامل بين العلامة والقارئ. يتيح عرض القوة مقابل الوقت في RTSA للمستخدم مشاهدة عملية الإطلاق بأكملها. من المعتاد التفكير في أن الوقت بين نهاية إرسال واحد للوصلة الهابطة (من القارئ إلى العلامة) وبداية الإرسال التالي للوصلة الهابطة هو TAT لنظام أحادي الاتجاه. يمكن قياس وقت TAT بدقة عن طريق وضع علامة في نهاية استجواب العلامة وعلامة دلتا ثانية في نهاية التشتت العكسي أو بداية نقل بيانات القارئ التالي. سيساعد الحفاظ على أقصر وقت TAT في ظل ظروف الوصلة الهابطة الواسعة على زيادة إنتاجية النظام إلى أقصى حد.
يمكن لـ RTSA أيضًا إزالة تشكيل الرموز أو وحدات البت المرتبطة باستعلامات العلامات. يحتاج المستخدمون فقط إلى تحديد معيار RFID المقابل ونوع التعديل وتنسيق فك التشفير. يمكن للمحلل اكتشاف معدل بت الارتباط وعرضه تلقائيًا. لزيادة تحسين إنتاجية المهندس ، يتم ترميز رموز البيانات المستردة بالألوان بناءً على الوظيفة. يمكن لـ RTSA التعرف تلقائيًا على الأحرف البادئة وتلوين تلك الرموز باستخدام $. هذا يجعل من السهل تحديد حمل البيانات الفعلي ومقارنتها بالقيم المعروفة.
ملخص هذا المقال
تشمل صناعة RFID عددًا كبيرًا من التقنيات والتطبيقات ، والتي يختلف الكثير منها عن روابط الاتصال النموذجية. يحتاج المهندسون إلى أدوات تتيح الاختبار التنظيمي السريع والسهل والامتثال للمعايير والقياسات المُحسَّنة.
RSA3408A هي أداة لتلبية هذه الاحتياجات ، ودعم العديد من المعايير الدولية RFID ، والقياسات متعددة المجالات المرتبطة بالوقت ، وأنظمة اتصالات RFID المخصصة ، وإزالة التشكيل وفك تشفير إشارات RFID المتعددة. تعمل الأداة على تحسين الكفاءة الهندسية بشكل كبير مع تقليل الوقت المستغرق في السوق. سواء أكان ذلك يلبي لوائح الطيف الحكومية ، أو يضمن امتثال العلامات أو القراء لمعايير اتصال محددة ، أو تصحيح مشكلة في التطوير ، فإن RTSA هي أداة فريدة لتحليل إشارات RFID من القراء والعلامات.